CN109814147A - 使用探测器加衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法 - Google Patents

使用探测器加衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种使用探测器加衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法，将直径8cm～12cm小孔周围的土壤划分为每层厚度5cm的若干层，并假设γ放射性核素在关注区域中均匀分布，使用一个晶体尺寸为Φ5.08cm×5.08cm的NaI(Tl)探测器（探测器上下端面各安装一个直径与小孔内径相同、厚度为3cm的铅圆盘）放入小孔测量γ能谱，本发明建立了一种Na(Tl)探测器装衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法，测量241Am放射性核素深度分布时，深度分辨率为5cm。且不论关注半径之外的土壤中是否还存在241Am，关注半径范围内每个土壤层中241Am的活度都可以求得，对土壤中γ放射性核素分布测量有重要意义。

Description

使用探测器加衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法
技术领域
本发明属于辐射防护和环境保护领域，特别涉及使用探测器加衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法。
背景技术
土壤中γ放射性核素分布是环境放射性污染评价的重要参数。当地表以下核素发射的γ射线在地表难以被探测到时，在现场地表架设探测器进行测量的方法将失效。为测得地表以下核素分布，通常采用现场采样—实验室测量分析方法。该过程涉及采样、制样、样品运输、实验室测量、样品存储等诸多环节，工作流程长、测量结果代表性较现场测量方法弱。为解决这个问题，通常采用钻小孔后放入探测器在小孔不同深度进行测量，然后提取所有测得的γ能谱中关注全能峰的净计数率，组成方阵组来求解得到不同深度处核素的活度。但这种方法是根据关注核素发射的特征γ射线被土壤减弱的份额来确定以小孔为中心的土壤半径，假设了在该半径范围内，关注核素在不同深度土壤层中均匀分布，且超过该半径的土壤中的核素不会对关注全能峰的净计数率产生贡献。一旦假设与实际不符，如该半径之外仍然存在高比活度关注核素时，得到的分布可能将存在较大误差。
发明内容
本发明的目的是建立一种使用探测器加衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法，使在关注半径范围之外存在干扰时，仍然能测量小孔周围土壤中放射性核素的深度分布。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种使用探测器加衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法，包括以下步骤：
S1：NaI(Tl)探测器不安装衰减体放入小孔，使探测器晶体中心距离小孔口地表2.5cm进行一次测量，然后每次沿小孔向下移动5cm进行测量，直至预设深度；
S2：NaI(Tl)探测器安装衰减体，重复步骤S1进行测量；
S3：提取前两个步骤在相同深度处测得的γ能谱数据，组成方程组，求得指定深度处关注区域中关注放射性核素的活度，并绘制小孔深度和对应的核素活度关系图，得到关注半径范围内该核素的深度分布。
进一步的：所述小孔直径为8cm～12cm。
进一步的：所述NaI(Tl)探测器的晶体尺寸为Φ5.08cm×5.08cm。
进一步的：所述NaI(Tl)上下端面各安装一个直径与小孔内径相同、厚度为3cm的铅圆盘。
进一步的：所述衰减体为铁环，共3个，沿探测器轴向均匀安装。
现有技术相比，本发明的特点在于：
本发明建立了一种Na(Tl)探测器装衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法。测量241Am放射性核素深度分布时，深度分辨率为5cm。且不论关注半径之外的土壤中是否还存在241Am，关注半径范围内每个土壤层中241Am的活度都可以求得，对土壤中γ放射性核素分布测量有重要意义。
附图说明
图1为NaI(Tl)探测器不安装衰减体时的测量模型。
图2为NaI(Tl)探测器安装衰减后在图1小孔相同深度处测量的模型。
具体实施方式
根据图1～2，一种使用探测器加衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法，包括以下步骤：将直径8cm～12cm小孔周围的土壤划分为每层厚度5cm的若干层，并假设γ放射性核素在关注区域中均匀分布，使用一个晶体尺寸为Φ5.08cm×5.08cm的NaI(Tl)探测器(探测器上下端面各安装一个直径与小孔内径相同、厚度为3cm的铅圆盘)放入小孔测量γ能谱。在同一深度处，探测器上不安装衰减体测量一次，安装衰减体测量一次。根据实测能谱中，关注全能峰的净计数率建立式(1)所示方程组：
式中，A1、A2分别为关注区域、虚拟点P对应的关注γ放射性核素的活度，Bq，为待求解参数，且P点产生的全能峰净计数率等于模型中关注区域之外的其他区域土壤中核素产生的全能峰净计数率；Pr为关注特征γ射线的发射概率；ε1、ε′1分别为NaI(Tl)安装衰减体前后对关注区域中发射的γ射线的探测效率，使用MCNP模拟获取；ε2、ε′2分别为NaI(Tl)安装衰减体前后对虚拟点发射的γ射线的探测效率，使用MCNP模拟获取；N1、N2分别NaI(Tl)探测器安装衰减体前后在小孔相同深度处实测得到的关注全能峰的净计数率。求解式(1)可分别得到A1、A2，在小孔的一个深度处完成测量后，探测器沿小孔向下移动5cm，可测下一深度处关注区域中核素的活度。需要注意的是，由该式求解出的A1、A2将随虚拟点P的位置而变化。为使A1与实际值的偏差尽量减小，需优选P的位置。以测量放射性核素发射241Am发射的59.54keVγ射线为例，在上述测量模型条件下，P点坐标设置为(0cm 10cm4.6cm)，且土壤中241Am在模型中不同区域随机分布、同一个区域中均匀分布时，根据模拟测量数据求解出的A1与参考值的相对偏差小于±20％，本发明建立了一种Na(Tl)探测器装衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法。测量241Am放射性核素深度分布时，深度分辨率为5cm。且不论关注半径之外的土壤中是否还存在241Am，关注半径范围内每个土壤层中241Am的活度都可以求得。对土壤中γ放射性核素分布测量有重要意义。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种使用探测器加衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：NaI(Tl)探测器不安装衰减体放入小孔，使探测器晶体中心距离小孔口地表2.5cm进行一次测量，然后每次沿小孔向下移动5cm进行测量，直至预设深度；
S2： NaI(Tl)探测器安装衰减体，重复步骤S1进行测量；
S3：提取前两个步骤在相同深度处测得的γ能谱数据，组成方程组，求得指定深度处关注区域中关注放射性核素的活度，并绘制小孔深度和对应的核素活度关系图，得到关注半径范围内该核素的深度分布。
2.根据权利要求1所述的使用探测器加衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法，其特征在于：所述小孔直径为8cm～12cm。
3.根据权利要求1或2所述的使用探测器加衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法，其特征在于：所述NaI(Tl)探测器的晶体尺寸为Φ5.08cm×5.08cm。
4.根据权利要求1所述的使用探测器加衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法，其特征在于：所述NaI(Tl)上下端面各安装一个直径与小孔内径相同、厚度为3cm的铅圆盘。
5.根据权利要求1所述的使用探测器加衰减体测量小孔周围γ放射性核素分布的方法，其特征在于：所述衰减体为铁环，共3个，沿探测器轴向均匀安装。
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